《LangChain大模型开发实践》旨在提供一个全面、系统的LangChain学习指南。全书共7章,循序渐进地介绍LangChain的核心概念和使用方法。第1章讨论人工智能、大语言模型的发展历程和应用场景,阐述LangChain框架的设计理念和优势;第2章详细介绍如何搭建LangChain的开发环境,引导读者编写优质个LangChain程序;第3、4章深入剖析LangChain的基础组件和领域特定语言LCEL,帮助读者掌握构建大语言模型应用的关键技能;第5~7章通过多个实战项目,展示如何使用LangChain构建智能问答系统、智能文档助手和知识图谱应用,将所学知识应用到实践中。适合具备一定Python编程基础、对人工智能(特别是自然语言处理、大语言模型)感兴趣的读者阅读,读后可以掌握使用LangChain开发大语言模型应用的思路和方法,独立设计和实现智能应用系统。
1.通过智能问答系统、文档助手和知识图谱应用三个实战项目的完整解析,使读者深入理解LangChain大模型项目开发的完整流程。2.详细讲解LangChain的核心概念、设计理念、开发环境及基础组件等大模型开发的基础知识。3.作者有丰富的大模型开发项目经验和培训经验,讲解通俗易懂,深受学员们欢迎。
前言
当今世界,人工智能和自然语言处理技术正以前所未有的速度发展,大语言模型(Large Language Model,LLM)的出现标志着自然语言理解和生成能力的重大突破。LLM使得计算机能够以接近人类的方式理解、分析和生成自然语言,为构建更加智能化、个性化的应用系统提供了新的可能。然而,如何利用 LLM的能力,将其与各类数据源、知识库和外部工具相结合,开发真正有价值、易部署的智能应用,仍然是一个巨大的挑战。
LangChain是一个专为解决这一挑战而诞生的开源框架。它为LLM应用开发提供了一套灵活、模块化的工具集,使开发者能够快速构建和扩展基于 LLM 的应用程序。通过 LangChain,可以方便地将LLM与各种数据源相连接,实现知识增强; 可以使用 Agents技术编排LLM和外部工具的协同工作,执行复杂的认知任务; 还可以基于 Callbacks 机制实现应用程序各组件之间的交互与数据流动,搭建端到端的智能应用系统。
本书旨在为读者提供一个全面、系统的LangChain学习指南。全书共分为7章,循序渐进地介绍了LangChain的核心概念和使用方法。第1章讨论人工智能、LLM的发展历程和应用场景,阐述LangChain框架的设计理念和优势。第2章详细介绍如何搭建LangChain的开发环境,引导读者编写优质个LangChain程序。第3章和第4章深入剖析LangChain的基础组件和领域特定语言LCEL,帮助读者掌握构建LLM应用的关键技能。第5~7章则通过几个实战项目,展示如何使用 LangChain构建智能问答系统、智能文档助手和知识图谱应用,将所学知识应用到实践中。
本书适合具备 Python 编程基础、对人工智能和自然语言处理感兴趣的读者阅读。通过学习本书,读者将掌握使用LangChain开发LLM应用的思路和方法,能够独立设计和实现各类智能应用系统。同时,本书也力求与时俱进,紧跟 LangChain和LLM技术的发展,为读者提供前沿的见解和指引。
在撰写这本介绍LangChain框架的书籍过程中,我深切地感受到开源社区的力量。LangChain的发展离不开开发者的积极贡献和真知灼见。在此,向所有为 LangChain 项目做出贡献的个人和组织表示衷心的感谢,你们的智慧结晶为 LLM 应用开发铺平了道路,也为本书的写作提供了重要参考。衷心感谢清华大学出版社对本书出版给予的大力支持。最后,感谢我的家人在我埋头写作之时给予的理解、支持和鼓励,你们的关爱是我不竭的动力源泉。
LangChain是一个蓬勃发展的开源项目,新的想法和实现方案层出不穷。受篇幅所限,本书无法面面俱到地涵盖所有内容。希望读者在学习之余,多查看LangChain的官方文档和代码仓库,与社区保持同步。也殷切期盼读者能够从本书汲取灵感、开阔视野,将LangChain和LLM技术应用到更多领域,创造出令人惊叹的智能应用。让我们携手共进,用创新点亮人工智能的未来!
限于作者水平,书中难免存在疏漏和不足,敬请读者不吝赐教,可通过电子邮件(404905510@qq.com)、GitHub Issues等方式与我交流。您的宝贵意见将帮助我改进后续的版本,提供更优质的学习内容。
最后,预祝各位读者学有所成,在LangChain和LLM应用开发的道路上一往无前。在人工智能快速发展的时代,唯有保持开放的心态和持续学习的热情,方能驾驭万千变化,创造无限可能。让我们一起乘风破浪,拥抱人工智能的美好明天!
姜春茂
2025年春于福州
目录
第1章LangChain基础知识
1.1人工智能和LLM概述
1.1.1人工智能的发展历程
1.1.2LLM的兴起
1.1.3LLM的能力和局限性
1.2LLM应用及其挑战
1.2.1LLM应用的定义和特点
1.2.2LLM应用的常见类型
1.2.3构建LLM应用面临的挑战
1.3LangChain框架简介
1.3.1LangChain的设计理念和目标
1.3.2LangChain的核心组件
1.3.3LangChain的优势
1.4LangChain的应用场景
1.4.1构建支持知识增强的LLM应用
1.4.2实现基于多轮对话的聊天机器人
1.4.3开发面向特定领域的智能助手
1.4.4集成外部工具以执行复杂任务
1.5其他LLM应用开发框架
1.5.1常见的LLM应用开发框架
1.5.2特点和局限性
1.5.3为什么选择LangChain
小结
思考题
第2章搭建LangChain的开发环境
2.1选择开发语言和工具
2.1.1Python简介及其在人工智能领域的应用
2.1.2常用的Python集成开发环境(IDE)
2.1.3本书选用的开发语言和工具
2.2安装LangChain及其依赖库
2.2.1使用pip安装LangChain
2.2.2LangChain的主要依赖库
2.2.3处理安装过程中的常见问题
2.3配置LangChain开发环境
2.3.1创建并激活Python虚拟环境
2.3.2在IDE中配置LangChain项目
2.3.3LangChain的配置文件和环境变量
2.4运行优质个LangChain程序
2.4.1问答程序示例的实现步骤
2.4.2运行程序并分析结果
2.4.3示例程序的代码解析
2.4.4本书的开发环境搭建
2.4.5常见错误及解决方法
2.5LangChain开发资源
小结
思考题
第3章LangChain的基础组件
3.1快速入门案例
3.1.1LLM链
3.1.2检索链
3.1.3对话检索链
3.1.4代理
3.2模型(Model I/O)
3.2.1简介
3.2.2提示模板
3.2.3聊天模型
3.2.4大语言模型
3.2.5输出解析器
3.3文档检索
3.3.1关键模块
3.3.2文档加载器
3.3.3文本分割器
3.3.4文本嵌入模型
3.3.5检索器
3.3.6索引
3.4代理
3.4.1核心思想
3.4.2代理类型
3.4.3工具
3.4.4案例分析
3.5链
3.6记忆
3.7回调
小结
思考题
第4章LangChain表达式语言
4.1快速入门案例
4.2LCEL简化LLM的开发
4.3Runnable接口
4.3.1简介
4.3.2输入输出模式
4.3.3Runnable接口的方法
4.3.4异步事件流
4.3.5异步中间步骤流
4.3.6并行执行
4.4LangChain中的流式处理
4.4.1Runnable接口与流式处理方法
4.4.2流式处理LLM和聊天模型
4.4.3构建支持流式处理的链
4.4.4处理不支持流式处理的组件
4.4.5事件过滤
4.4.6在自定义工具中传播回调
4.4.7使用RunnableParallel操作输入输出
4.4.8并行执行
4.5使用LangChain表达式语言完成常见的任务
4.5.1Prompt+LLM
4.5.2RAG
4.5.3对话式检索链
4.5.4多链组合
4.5.5查询SQL数据库
4.5.6代理
4.5.7使用工具
4.5.8代码编写
小结
思考题
第5章LangChain实战: 构建智能问答系统
5.1智能问答系统概述
5.1.1什么是智能问答系统
5.1.2智能问答系统的应用场景和价值
5.1.3构建智能问答系统的关键技术和挑战
5.2基于LangChain的问答系统架构
5.2.1问答系统的整体架构和流程
5.2.2LangChain在问答系统中的角色和优势
5.2.3问答系统的核心组件和功能
5.3数据准备和预处理
5.3.1构建知识库的数据来源和格式
5.3.2使用LangChain的Document Loader加载数据
5.3.3使用LangChain的Text Splitter分割文本
5.4构建知识库索引
5.4.1什么是向量数据库和嵌入
5.4.2使用LangChain的Embedding类创建嵌入
5.4.3使用LangChain的Vector Store类创建向量数据库
5.5实现问答流程
5.5.1问题理解和分析
5.5.2知识检索和答案生成
5.5.3答案过滤和排序
5.6优化和改进问答系统
5.6.1引入反馈机制和交互设计
5.6.2持续学习和知识更新
5.6.3扩展问答系统的功能和应用
小结
思考题
第6章LangChain实战: 构建智能文档助手
6.1智能文档助手概述
6.1.1什么是智能文档助手
6.1.2智能文档助手的应用场景和价值
6.1.3构建智能文档助手的关键技术和挑战
6.2基于LangChain的文档助手架构
6.2.1文档助手架构和流程
6.2.2LangChain在文档助手中的优势
6.2.3文档助手的核心功能模块
6.3文档数据的处理与分析
6.3.1支持的文档格式和数据源
6.3.2使用LangChain的Document Loader加载文档
6.3.3文档结构分析和元数据提取
6.3.4文档内容的清洗和预处理
6.4文档语义理解和信息抽取
6.4.1文档主题和关键词提取
6.4.2命名实体识别和关系抽取
6.4.3文档摘要和重点句提取
6.4.4使用LangChain的LLM类实现语义理解
6.5基于文档的问答和对话
6.5.1将文档分割为知识片段
6.5.2使用LangChain的Retriever类检索知识
6.5.3使用LangChain的LLM类生成答案
6.5.4支持多轮对话和上下文理解
6.6文档助手的智能服务
6.6.1文档智能检索和推荐
6.6.2文档自动分类和聚类
6.6.3文档知识图谱构建与可视化
6.6.4文档智能问答
小结
思考题
第7章LangChain实战: 构建知识图谱应用
7.1知识图谱技术概述
7.1.1什么是知识图谱
7.1.2构建知识图谱的关键技术
7.2基于LangChain的知识图谱构建流程
7.2.1知识图谱构建的整体流程
7.2.2LangChain在知识图谱构建中的作用
7.2.3知识图谱构建的核心步骤和组件
7.3知识抽取和实体识别
7.3.1使用LangChain的命名实体识别组件
7.3.2使用LangChain的关系抽取组件
7.3.3基于规则和fewshot的知识抽取
7.3.4基于机器学习的知识抽取方法
7.4知识融合和本体构建
7.4.1实体链接和消歧
7.4.2知识去重和冲突消解
7.4.3本体构建与知识组织
7.4.4使用LangChain的Agents实现知识融合
7.5知识存储和查询
7.5.1知识图谱的存储方式和数据库选择
7.5.2知识图谱的查询语言和接口
7.5.3使用LangChain的GraphQL接口查询知识图谱
7.5.4基于自然语言的知识图谱查询
小结
思考题
参考文献